VÝROBA PROTOTYPOVÉHO DÍLU POMOCÍ TECHNOLOGIE RAPID PROTOTYPING

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŢENÝRSTVÍ ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY VÝROBA PROTOTYPOVÉHO DÍLU POMOCÍ TECHNOLOGIE RAPID PROTOTYPING MANUFACTURE OF PROTOTYPE COMPONENT BY RAPID PROTOTYPING METHOD BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR MAREK KŘUPKA Ing. et Ing. VOJTĚCH KOSOUR BRNO 2011

Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav strojírenské technologie Akademický rok: 2010/2011 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Marek Křupka který/která studuje v bakalářském studijním programu obor: Strojní inženýrství (2301R016) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce: v anglickém jazyce: Výroba prototypového dílu pomocí technologie rapid prototyping Manufacture of a prototype component by rapid prototyping method Stručná charakteristika problematiky úkolu: Pro prototypovou a malosériovou výrobu dílců lze s úspěchem využívat jednu z tzv. rapid prototyping technologií - odlévání voskových či plastových dílců ve vakuové komoře do silikonových forem. Tato technologie je na FSI VUT Brno dostupná a studentovi bude umožněno se s ní detailně prakticky seznámit. Cíle bakalářské práce: Práce podá celkový popis jednotlivých kroků celé RP technologie odlévání do silikonové formy ve vakuu na zvoleném dílci.

Seznam odborné literatury: 1. WOHLERS, T. Wohlers Report 2008. 1st ed. Colorado: Wohlers Associates, 2008. 240 p. ISBN 0-9754429-4-5. 2. BEELEY, PR. and SMART, RF. Investment Casting. 1st ed. Cambridge: The University Press, 1995. 486 p. ISBN 0-901716-66-9. 3. CHUA, CK., et al. Rapdid Prototyping - Principles and Applications. 2nd ed. Singapore: Fulsland Offset Printing Pte, 2004. 411 p. ISBN 981-238-120-1. Vedoucí bakalářské práce: Ing. Vojtěch Kosour Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2010/2011. V Brně, dne 19.11.2010 L.S. prof. Ing. Miroslav Píška, CSc. Ředitel ústavu prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 4 ABSTRAKT Tato bakalářská práce popisuje výrobu prototypového dílu kliky jízdního kola pomocí FDM metody Rapid Prototyping. Nejprve jsou stručně shrnuty metody výroby dílu pomocí různých metod Rapid Prototyping. V hlavní části je popsán postup výroby od počátečního návrhu aţ po konečný voskový model, který můţe být pouţit k výrobě kovového dílu. V závěru práce je krátké porovnání standardní technologie výroby dílu s metodou výroby pomocí Rapid Prototyping. Klíčová slova Rapid Prototyping, 3D tiskárna, Fused Deposition Modelling, silikonová forma, voskový model, prototypový díl ABSTRACT This thesis describes the production of a prototype component of the bicycle crank with FDM Rapid Prototyping method. Initially, production methods of this component, using different ways of Rapid Prototyping are summarized. The main part of the thesis focuses on the production process from the initial design to the final wax model, which can be used to manufacture metal components. The conclusion compares the component production using standard technology with the one using Rapid Prototyping. Key words Rapid Prototyping, 3D printer, Fused Deposition Modelling, Silicon mould, wax pattern, prototype component BIBLIOGRAFICKÁ CITACE KŘUPKA, Marek. Výroba prototypového dílu pomocí technologie Rapid Prototyping. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inţenýrství, 2011. 43 s., CD. Vedoucí práce: Ing. et Ing. Vojtěch Kosour.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 5 Prohlášení Prohlašuji, ţe jsem bakalářskou práci na téma Výroba prototypového dílu pomocí metody Rapid Prototyping vypracoval samostatně s pouţitím odborné literatury a pramenů, uvedených na seznamu, který tvoří přílohu této práce. V Brně, 26.5.2011. Marek Křupka

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 6 Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval Ing. Et Ing. Vojtěchu Kosourovi za cenné připomínky a rady při vypracování bakalářské práce.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 7 OBSAH Abstrakt... 4 Prohlášení... 5 Poděkování... 6 Obsah... 7 Úvod... 8 1 TECHNOLOGIE VÝROBY MODELŮ POMOCÍ METOD RP... 9 1.1 Základní metody RP... 9 1.1.1 Stereolitografie (SLA)... 10 1.1.2 Fused Deposition Modelling (FDM)... 12 1.1.3 Selective Laser Sintering (SLS)... 13 1.1.4 Multi JET Modelling (MJM)... 14 1.1.5 Laminated object manufacturing (LOM)... 15 1.1.6 Three-dimensional printing (3DP)... 16 1.1.7 Solid Ground Curing (SGC)... 17 1.1.8 Ballistic Particle Manufacturing (BPM)... 18 1.2 Materiály pro RP... 19 2 VÝROBA MASTER MODELU POMOCÍ FDM... 20 2.1 Tvorba CAD dat... 20 2.2 Preprocessing... 21 2.2.1 Konverze dat do formátu STL... 21 2.2.2 Načtení dat v programu CatalystEX... 22 2.3 Processing... 25 2.4 Postprocessing... 26 2.4.1 Odstranění podpor... 26 2.4.2 Broušení... 27 3 VÝROBA VOSKOVÉHO MODELU... 29 3.1 Výroba silikonové formy... 29 3.1.1 Prostředky nutné ke zhotovení formy... 29 3.1.2 Postup výroby... 30 3.2 Výroba voskového modelu... 35 4 SROVNÁNÍ SE STANDARDNÍ TECHNOLOGIÍ VÝROBY DÍLU... 38 4.1 Omezení... 39 4.2 Přednosti... 39 Závěr... 40 Seznam pouţitých zdrojů... 41 Seznam pouţitých zkratek a symbolů... 43

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 8 ÚVOD V současné době stoupají nároky zákazníka na propracovanost produktu, jak po kvalitativní, tak po designové stránce. Prototypový díl je moţné vyrobit různými způsoby a různými technologiemi, ať uţ se jedná o obrábění, tváření, svařování, nebo odlévání. Kaţdá metoda má své výhody a nevýhody a je více či méně vhodná na různé konkrétní realizace. Návrh prototypového dílu od počáteční myšlenky po konečný funkční výrobek je proto vykoupen odpovídající cenou, která společně s časem potřebným ke zhotovení prototypu hraje u zákazníka výraznou roli. Jednou z moţností, jak kvalitně prototypový výrobek zhotovit je pomocí vakuového lití do silikonové formy. Pro její výrobu je zapotřebí master model, který se vyrobí pomocí některé z metod Rapid Prototypingu. Za relativně nízké náklady v porovnání s ostatními metodami a za relativně krátkou dobu lze pomocí těchto metod získat hotový výrobek. Lití do silikonových forem slouţí k výrobě odlitků v mnoţství několika desítek kusů, neţ dojde ke znehodnocení formy. Tato nevýhoda ale není ve výrobě prototypového dílu příliš markantní, protoţe prototyp je vyroben za účelem odzkoušení funkčnosti, vyzkoušení mechanických vlastností, odstranění chyb a případně provedení inovace a není proto potřeba vyrábět velké mnoţství kusů. CAD Model 3D Tiskárna Prototyp Silikonová forma Vakuové lití Voskový model Slévárna Kovový model Obr. 1 Postup výroby kovového modelu pomocí metody Rapid Prototyping

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 9 1 TECHNOLOGIE VÝROBY MODELŮ POMOCÍ TECHNOLOGIE RAPID PROTOTYPING 1.1 Základní technologie RP Rapid Prototyping (RP) v zásadě slouţí k co nejrychlejší tvorbě prototypových dílů a modelů. Jeho vývoj začal v osmdesátých letech, kdy vznikla metoda stereolitografie. Nyní se tvorba modelů a prototypů směřuje především do oblasti výroby forem a nástrojů. Na významu nabývá také oblast koncepčního konstruování, kdy se ověřují definované vlastnosti budoucího výrobku. Ukazuje se ovšem, ţe potřebou současných designérů a konstruktérů je pracovat spíše s modelem fyzickým, u kterého se dá snadněji měnit design, odstraňovat případné chyby, kontrolovat smontovatelnost, opravitelnost, ergonomie, nebo provádět funkční zkoušky. Všechny tyto výhody fyzického modelu mají ve finále za následek zrychlení celého procesu vývoje výrobku. Výroba modelů a prototypů klasickými technologiemi je ale velmi náročná a zdlouhavá. Jako nejvhodnější cesta splňující většinu poţadavků konstruktéra se jeví RP, coţ je technologie rychlá a umoţňuje přímou vazbu na vývojové prostředí, tedy na CAD/CAM systém. Celý proces vzniku prototypu začíná u výkresu součásti, který můţe být buď nakreslený v některém z CAD systémů, nebo můţe být načtený prostorovým scannerem, ze kterého jsou data následně transformována do formátu STL, který se dále upravuje podle druhu zvolené metody tisku do takové podoby, aby z výstupních dat těchto programů bylo moţné model vyrobit. Tento formát je standardní pro zařízení pro rychlou výrobu prototypů. Formát STL je zařazen i do systémů CAD, které vytvářejí plošné nebo objemové modely. Překladač do formátu STL při převodu vnitřních dat do výměnného formátu generuje síť trojúhelníků a aproximuje povrch modelu. Se zvětšováním počtu trojúhelníků klesá relativní velikost a tvar se více přibliţuje ţádoucímu tvaru. V mém případě jsem pro tvorbu STL souboru pouţil program Autodesk Inventor Professional 2011. Na rozdíl od konvenčních metod obrábění, u kterých je materiál z výchozího polotovaru odebírán, je u RP materiál přidáván po vrstvách. Součást je pro výrobu rozdělena pomocí

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 10 vhodného programu na velké mnoţství jednotlivých vrstev o tloušťce řádově desetin mm. V průběhu let se prosadilo hned několik technologií, které pracují na principu modelování pomocí postupného přidávání nebo vytvrzování vrstev materiálu. Mezi tyto technologie, které jsou souhrnně označovány termínem Rapid Prototyping patří: [1,2,6] Stereolitografie (SL) Fused Deposition Modelling (FDM) Selective Laser Sintering (SLS) Multi JET Modeling (MJM) Laminated Object Manufacturing (LOM) Solid Ground Curing (SGC) Three-dimensional printing (3DP) Ballistic Particle Manufacturing (BPM) 1.1.1 Stereolitografie (SLA) Tato metoda je jednou z nejstarších metod výroby prototypu RP. V současné době se SLA rovněţ řadí mezi nejpřesnější výroby prototypu. Tato přesnost se pohybuje okolo 0,05-0,2mm/100mm. Výhodou je např. moţnost výroby forem pro lití a vstřikování, moţnost výroby modelu s miniaturními otvory a prvky, nebo rychlý způsob převodu 3D modelu. SLA se rovněţ hodně pouţívá v automobilovém průmyslu při výrobě tzv. Data control modelu. Jedná se o nemobilní model auta, na kterém se zkouší různé technologické přípravky, nástroje linky apod. Stroj na výrobu modelu se skládá ze 3 hlavních částí. Tyto části jsou: pracovní komora, řídící jednotka a opticko-laserový systém. Pracovní komora obsahuje epoxidovou pryskyřici, ve které se pohybuje platforma konající pohyb ve směru osy Z (svislý směr). Počítač je obsaţen v řídící jednotce, která řídí celý proces výroby. Opticko-laserový systém je sloţen z plynového, nebo pevnolátkového laseru, čoček a soustavy zrcadel, které slouţí k usměrnění paprsku. Stavba SLA modelu je zaloţena na jednotlivém vytvrzování 2D vrstev, které jsou vzaty z předchozího 3D modelu. Tyto vrstvy jsou silné 0,05-0,15mm. O tuto hodnotu je po kaţdém vytvrzení zvednuta platforma. Po kaţdém

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 11 vytvrzení jednotlivé vrstvy nůţ zarovná hladinu pryskyřice, aby byla dosaţena tloušťka další vrstvy. Před zahájením celého procesu se musí model zbavit všech moţných chyb. Jsou jimi např. převrácené trojúhelníky, díry v modelu, nebo špatně nadefinované hrany. Následuje volba nejvhodnější polohy modelu z důvodu dokončovacích operací. Model musí být dostatečně upnut k platformě. Toto upnutí zajistíme podporami. Podpory ovšem musí být uvaţovány tak, aby se daly po celém procesu odstranit. Po vytvrzení všech vrstev se model vyjme z podpor a následuje očištění a další opracování v UV komoře, kde se modelu dodá poţadovaná pevnost a opracovatelnost. [1,3] Obr. 1.1 Princip stereolitografie (4) Výhody: zhotovení objemnějších modelů, dostatečná přesnost, výborná jakost povrchu, široký výběr materiálu, plynulý průběh procesu, není potřeba obsluhy během procesu. Nevýhody: metoda, která poţaduje úpravu modelu po procesu a následné sušení [1]

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 12 1.1.2 Fused Deposition Modeling (FDM) U této metody není pouţito ţádného zdroje záření jako je laser nebo ultrafialový paprsek. Je zaloţena na principu nanášení (vrstvení) termoplastického materiálu, který je vypouštěn z trysek tiskárny. Při vytváření modelů pomocí technologie FDM, je nejdříve v počítači pomocí softwaru objekt včetně podpěr rozřezán na jednotlivé vrstvy a data o nich odešle přímo do tiskárny. Tam je materiál ve tvaru tenkého drátu o průměru kolem 1,5 mm vtlačován do vyhřívané trysky, která se pohybuje nad pracovním prostorem. V trysce je ohříván na teplotu o 1 C vyšší neţ je jeho teplota tavení, ta se pohybuje kolem 260 C. Při styku s povrchem vytvářené součástky se vlákna vzájemně spojují a vytváří tak poţadovanou tenkou vrstvu (cca 0,2 aţ 0,5 mm), která ihned ztuhne. Součástka se opět vytváří na nosné desce, tato deska se vţdy po dokončení jedné vrstvy spustí dolů o tloušťku této vrstvy. Zařízení obsahuje také druhou trysku, která nanáší opěrný materiál. Zařízení pracující s technologií FDM mohou být vyuţívána také v běţném kancelářském prostředí, protoţe obsluha je relativně jednoduchá, nevznikají ţádné toxické plyny a nepouţívá laser. Vytvořený model má schodovitou strukturu povrchu a po odstranění podpor vyţaduje povrchové dokončovací operace (broušení, tmelení, stříkání). Na principu technologie FDM pracuje většina tzv. 3D tiskáren. [1,2,6] Obr. 1.2 Princip FDM metody (7)

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 13 Výhody: zhotovení funkčních cástí, minimální odpad, snadné odstranění podpor Nevýhody: omezená presnost, pomalý proces, moţnost smrštení modelu [1] 1.1.3 Selective Laser Sintering (SLS) Metoda Selective Laser Sintering má podobný charakter jako metoda STL a taky se řadí do skupiny výroby prototypu na kapalné bázi. Zatímco u STL je primárním materiálem tekutá pryskyřice, u SLS je to prášek. Pro kovové prototypy volíme kovové prášky a pro plastové prototypy volíme polyamidy. Zařízení pro výrobu modelu touto metodou se skládá ze zásobníku prášku, který je pomocí zvedacího pístu a vyrovnávacího válce dopravován k místu vytvrzení. Po té laser přes optickou soustavu vytvrdí určitý tvar. Po tomto vytvrzení se o příslušnou tloušťku vrstvy posune základna směrem dolů a další proces můţe začít. Model je umístěn v nevytvrzeném prášku. Z tohoto důvodu není zapotřebí ţádných podpor. Po celém procesu vytvrzení musí prášek vychladnout, abychom mohli model z prášku vyjmout. Z důvodu ochrany jakosti povrchu je celá komora uzavřena a naplněna inertním plynem. [1,8] Obr. 1.3 Princip SLS metody (9)

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 14 Výhody: dobrá stabilita výrobku, velký rozsah pouţitých materiálu, není potřeba podpor, nejsou velké poţadavky na konečné opracování. Nevýhody: velké rozměry zařízení, špatná jakost povrchu [1] 1.1.4 Multi JET Modeling (MJM) Touto technologií jsou nanášeny na sebe vrstvy termoplastu, který je se vypouští ze speciální tiskové hlavy. Tisková hlava je speciální proto, ţe nemá pouze jednu nebo dvě trysky, ale má jich hned několik set. Kaţdá tryska je samostatně řízena počítačem, který ovlivňuje průtok materiálu. Model se opět vytváří na zvláštní nosné desce podobně jako u Stereolitografie. Protoţe jsou trysky vedle sebe, tak se tisková hlava pohybuje většinou pouze v jednom směru, ale pokud je vytvářený objekt větší jak šířka tiskové hlavy, tak je nutný i posuv do boku tak, aby bylo zajištěno pokrytí celé vrstvy. Termoplastický materiál je výhodný z důvodu okamţitého ztuhnutí ihned po dopadu na vytvořenou část. [2, 6] Obr. 1.4 Princip SLS metody (10)

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 15 Výhody: lehké a účinné pouţití, ekonomické, výhodné z časového hlediska Nevýhody: výroba menších součástí, omezená volba materiálu, nízká přesnost.[1] 1.1.5 Laminated Object Manufacturing (LOM) Tato metoda spočívá ve vrstvení fólii se zpevňující hmotou. Z válce je odvíjen materiál na základovou desku, na které laser vytvoří poţadovaný tvar. Tento laser prochází skrz zrcadlo, které je naklápěcí, přímo na fólii. Toto zrcadlo pracuje se dvěma pracovními osami. Poté vyhřívaný válec přitlačí tuto vrstvu a dojde ke spojení. Zbytek fólie se navine na navíjecí válec přes vodící válce. Po skončení tohoto procesu se základová deska posune o jednu výšku vrstvy směrem dolů a nový začíná znovu. [11] Obr. 1.5 Princip LOM metody (12) Výhody: Výroba modelu větších rozměrů. Nevýhoda: Velký odpad (malé procento vyuţití pásu), přesnost [1]

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 16 1.1.6 Three-dimensional printing (3DP) Tato metoda vyuţívá pracuje na podobném principu jako metoda SLS s tím rozdílem, ţe místo laseru, který spékal tepelnou energií termoplastický prášek, se pouţije tryska s pojivem, které prášek dokáţe také spojit. Součást se vyrábí ve stavěcí komoře, kam se nanáší pomocí tiskové hlavy prášková vrstva, na kterou je vystřelováno z trysky tekuté pojivo. Pojivo spojí jednotlivá prachová zrna k sobě a dochází ke ztuhnutí a vytvrzení. Následuje pokles pracovní desky směrem dolů o tloušťku vrstvy, pak se opět nanese základní materiál a celý proces se opakuje, dokud není model hotový. V dokončovací fázi je nutné odsát nespojený prášek a očistit hotový prototyp. Struktura povrchu takto vytvořených modelů je poměrně drsná a dochází k nechtěnému odrolování povrchové vrstvy. Nutné je mít dobré odsávací zařízení pro odsátí prášku z dutin modelu. Tuto metodu lze vyuţívat i pro kancelářské pouţití a pro tvorbu velmi tvarově sloţitých součástek v různých barevných provedeních. Velmi časté pouţití metody 3DP je pro zhotovení keramických skořepin a forem na výrobu odlitků. [2, 6] Obr. 1.6 Princip 3DP metody (13)

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 17 Výhody: vysoká rychlost, široký výběr pouţití, snadná aplikace, bezodpadová metoda, velký výběr barev. Nevýhody: modely jsou křehké a nelze na nich provádět zkoušky, omezený výběr materiálu, špatná jakost povrchu. [1] 1.1.7 Solid Ground Curing (SGC) Metoda vyuţívá podobně jako technologie SLA vlastností fotopolymerní pryskyřice, která je v pracovní komoře ozářena ultrafialovým paprskem a tím dochází ke ztvrdnutí celé vrstvy naráz. Technologii SGC tvoří tři zařízení: kopírka, SL zařízení a NC frézka. Vytváření tělesa probíhá ve dvou oddělených cyklech, které probíhají současně. Nejprve je vytvořena negativní maska elektrostatickým nanesením barvy na skleněnou destičku, současně se na vyráběnou součást nanese tekutá vrstva fotopolymerní pryskyřice, následuje přesun skleněné desky nad součást a spuštění UV záření. Osvícený fotopolymer ztvrdne, neosvětlený tekutý fotopolymer je odsáván vzduchem a znehodnocen. Vzniklý meziprostor je vyplněn tekutým voskem, který ztuhne. Vosk v okolí vytváří podpory. V dalším kroku je povrch celé vytvořené vrstvy zarovnán na poţadovanou výšku vrstvy pomocí frézovací hlavy NC frézky a tím je připravený na nanesení další tenké vrstvy tekutého fotopolymeru. Vosková výplň je na konci procesu odstraněna chemickou cestou. [2, 6] Obr. 1.7 Princip SGC metody (14)

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 18 Výhody: minimální smrštění modelu po procesu SGC, dobrá struktura a stabilita modelu, proces, který neprodukuje ţádný zápach. Nevýhody: velké rozměry zařízení, problém s usazeniny vosku, proces vytváří odpad, hlučnost zařízení [1] 1.1.8 Ballistic Particele Manufacturing (BPM) Technologie BPM spočívá v nástřiku kapek termoplastu pomocí jedné pracovní hlavy. Vyuţívá principu inkoustových tiskáren. Je zaloţena na tlakovém nanášení termoplastu ve formě kapek a jejich následném vytvrzení. Nanášení materiálu je docíleno tím, ţe jednotlivé malé kapky materiálu jsou vystřelovány z tlakové hlavy na pracovní plochu a tam ihned po dopadu vytvrzeny. Cíleným nanášením dalších kapek na uţ nanesený materiál se vyrobí celá trojrozměrná součást. Technologie BPM pracuje pouze s jednou tiskovou hlavou, která má 5 stupňů volnosti. Tato metoda umoţňuje vytvářet modely bez podpůrné konstrukce. [15] Obr. 1.8 Princip BPM metody (15)

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 19 1.2 Materiály pro RP Podle principu metody se vyuţívá také rozdílných materiálů pro výrobu konečného modelu. Tyto materiály se liší v jejich fyzikálních, chemických, tak i estetických vlastnostech. Stereolitografické materiály Modely tvořené SL pouţívají ke zhotovení modelu fotopolymerní pryskyřici, která po vytvrzení umoţňuje pouţití mechanických povrchových úprav jako je jemné broušení, pískování, leštění. [2, 16] Materiály pro Selective Laser Sintering Výhodou metody SLS oproti ostatním metodám RP je moţnost zpracovávat větší spektrum materiálů. Principielně mohou být zpracovávány všechny teplem tavitelné, případně teplem měknoucí práškové materiály. Standardně je vyuţívána výroba součástí z termoplastických materiálů (polyamid, polyamid plněný skelnými vlákny, polykarbonát), speciální nízkotavitelné kovové slitiny z niklových bronzů a polymerů potaţených ocelovým práškem. Nejčastěji se pouţívá speciální práškový polyamid (bez nebo se skleněnou výplní), který se mechanickými vlastnostmi přibliţuje vstřikovanému polyamidu. [1, 2, 16] Materiály pro Fused Deposition Modelling (FDM) Metoda FDM pouţívá materiály na zhotovení prototypových součástí, které jsou inertní a netoxické. Jsou vhodné pro širokou oblast aplikací. Cívky drátu jsou umístěné v kazetách. Mezi nejčastěji pouţívané materiály patří ABS (P400), ABSi (P500), Elastomer (E20) a vosk (ICW06), který se potom ve slévárnách pouţívá v metodě lití pomocí vytavitelného modelu. Není třeba tvorba silikonové formy a model se pomocí RP vytvoří přímo. Materiály ABS a ABSi jsou dodávány v různých barvách nebo modifikacích barev podle přání zákazníka. Změna pouţitého materiálu můţe být provedena během několika minut. Součástky zhotovené z materiálu ABS jsou pevné a ve většině případů přímo vhodné pro testování jako funkční prototypy, pro smontování do sestav nebo na vytvoření finálního výrobku. [1,2,16]

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 20 2 VÝROBA MASTER MODELU POMOCÍ FDM 2.1 Tvorba CAD dat Model je nejprve vytvořen na počítači. K tomuto účelu se vyuţívá 3D modelovací software, jako je například Autodesk Inventor, ProEngineer nebo Catia. V případě této práce byl pouţit software Autodesk Inventor Professional 2011. Při tvorbě modelu se vycházelo z hlavní, určující vzdálenosti a tou je vzdálenost osy díry pro závit, ve kterém bude našroubován pedál a osy čtvercové díry, která slouţí k nasunutí na středovou osu. Tato vzdálenost je 175mm. Další kritérium, které bylo nutné splnit, patří rozměr čtvercové díry Tato velikost je určena středovou osou firmy Kinex, která je běţně k dostání v tuzemských obchodech s cyklistickým vybavením. Strana čtverce má hodnotu 12 mm a rádius je 1mm. Další určující hodnotou je závit M14, na který lze našroubovat většina pedálů pouţívaných na MTB kolech. Při tvorbě 3D modelu kliky byl ale závit na doporučení vynechán a byla vyrobena pouze díra o průměru 10mm. Obr. 2.1-1 Určující hodnoty kliky Mezi další funkční rozměry patří závit M22 pro krytku konce osy a dosedací plocha pro pedál o průměru 20mm. Další rozměry kliky byly voleny spíše s ohledem na design a moţnosti odlévání.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 21 Obr. 2.1-2 Pracovní prostředí v Autodesk Inventor Professional 2011 2.2 Preprocessing Do části preprocessing se řadí všechny kroky, které souvisí s přípravou dat pro Rapid Prototyping. Patří sem transformace dat z CAD systémů do formátu STL, načtení dat v programu CatalystEX, ve kterém jsou potom nastaveny další parametry tisku, jako např. nařezání součásti na tenké vrstvy, volba polohy modelu při tisku a volba podpor, bez kterých by mohlo dojít ke zborcení, nebo deformaci. [18] 2.2.1 Konverze dat do formátu STL Při konverzi do STL formátu dochází k náhradě geometrického tvaru součásti souborem rovinných trojúhelníkových plošek. Pro systémy RP je nutné, aby tato síť trojúhelníků dokonale uzavírala objem součásti. Formát STL je standartní formát v oblasti tvorby prototypů. Převod dat do tohoto formátu má dnes integrovaný prakticky kaţdý software na trhu a jeho tvorba není pro uţivatele nijak náročná. Takto bylo postupováno i v softwaru Autodesk Inventor Professional 2011. Bylo zvoleno maximální moţné rozlišení, které program

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 22 nabízel pro kvalitní převod formátu tak, aby byly zachovány všechny detaily modelu a nedošlo k neţádoucímu zkreslení, které by mohlo vést k problémům při kompletaci prototypu. [17,18] Obr. 2.2-1 Konverzní tabulka do formátu STL v Autodesk Inventor Professional 2011 2.2.2 Načtení dat v programu CatalystEX Pro výrobu modelu na tiskárně uprint bylo vyuţito prostředí programu CatalystEX, který je dodáván k tiskárně jako příslušenství. Zde se načte STL soubor v takové pozici, v jaké byl vymodelován v Inventoru. V hlavním okně jsou zobrazeny jednotlivé záloţky, které charakterizují model. Tento model se umístí na pracovní desku tiskárny. Další moţnosti tisku, jako je tloušťka vrstvy, typ výplně, typ výplně podpory, poloha modelu při tisku a měřítko, je moţné nastavit ve vlastnostech tisku. Tloušťka vrstvy: Definuje průměr vytlačovaného materiálu, který je určen tryskou. U tiskárny uprint, kterou byl model vytištěn, je průměr vytlačovaného materiálu, respektive tloušťka vrstvy, 0.2540 mm. Pokud tento parametr není daný tiskárnou a dá se pouţít jiná tryska, tak se dá ovlivnit především povrch

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 23 modelu a čas výroby. Pokud by byla zvolena malá tloušťka, povrch by byl jemnější, ale doba výroby by tomu byla přímo úměrná. Obr. 2.2-2 Nastavení tloušťky vrstvy a typu výplně v pracovním prostředí CatalystEX Typ výplně a typ výplně podpory: Toto kritérium určuje, jakým způsobem je model, respektive podpora vyplňována v jednotlivých vrstvách. U tohoto modelu byla zvolena výplň jednotlivých vrstev pevná a podpora byla zvolena řídká. Měřítko a poloha při tisku: Tyto dva parametry spolu úzce souvisí z toho důvodu, ţe se model v měřítku 1:1, při tisku na délku, do prostoru pracovní komory FDM tiskárny (viz. Tab. 2.1), která byla k dispozici, těsně nevleze. Proto bylo zvoleno úhlové pootočení ve směru osy z o hodnotu +20

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 24 Obr. 2.2-3 Nastavení orientace při tisku v pracovním prostředí CatalystEX Po nastavení výše uvedených vlastností se vypočítá spotřeba materiálu na vytištění modelu, která se dá v prostředí CatalystEX jednoduše zobrazit i s výpočtem času potřebného pro tisk. Tyto parametry jsou uvedeny v tabulce 2.2 Obr. 2.2-4 Výpočet času a spotřeby materiálu v pracovním prostředí CatalystEX

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 25 Tab.2.2 Název tabulky (zdroj) Spotřeba materiálu na model 116,54 cm 3 Spotřeba materiálu na podpor 12,84 cm 3 Celková spotřeba materiálu 129,38 cm 3 Doba tisku 5 hodin 28 minut Pro porovnání byl zpracován také výpočet tisku modelu v měřítku 1:2 a to ve dvou variantách. Varianta číslo 1. tisk modelu na výšku: Při uvaţování této varianty bylo pouţito více materiálu, jehoţ celková spotřeba by činila 24,56 cm 3. Výhodou této varianty by ale bylo dosaţení lepší kvality povrchu. Varianta číslo 2. tisk modelu na délku: V této variantě by došlo k ušetření spotřeby materiálu na úkor kvality povrchu. Tato spotřeba by byla 17,88 cm 3. Tato připravená data se jiţ jen odeslala do tiskárny a tiskárna ukázala, jestli je v zásobníku dostatek materiálu pro vytištění modelu. 2.3 Processing Vytištění modelu proběhlo na tiskárně uprint od firmy Stratasys. Parametry tiskárny jsou uvedeny v tabulce 2.3. Tab.2.3 Parametry tiskárny uprint (19) Hmotnost 76 kg Rozměry 635x660x787 [mm] Modelovací prostor 203x152x152 [mm] Modelovací materiál ABSplus Tloušťka vrstvy 0,254 [mm] Napájení 220 240 VAC 50/60 Hz Certifikáty CE / ETL / RoHS / WEEE Podporované operační systémy Windows XP / Windows Vista Softwarové vybavení CatalystEX Do tiskárny se vloţí deska, na kterou se model bude tisknout. Poté se tisk spustí tlačítkem na ovládacím panelu. Tiskárna si desku automaticky zkalibruje a začne nahřívat prostor tiskárny na cca 80 C a poté zahřátí

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 26 tiskových hlav na teplotu cca 280 C. Tento proces trvá přibliţně 15 minut. První se vytiskne vrstva z podpůrného materiálu, na kterou se tiskne model. Poté, co je model vytištěn, se vyjme nosná deska z pracovního prostoru a můţe začít tzv. Postprocessing. Obr. 2.3 Tiskárna uprint při tisku master modelu kliky 2.4 Postprocessing Poslední část výroby master modelu se nazývá postprocessing. Do ní patří všechny kroky spojené s úpravami vytištěného modelu. Při tvorbě master modelu kliky na kolo bylo první nutné odstranit podpory a dále povrch mechanicky upravit. Na konci došlo ještě k povrchové úpravě modelu. 2.4.1 Odstranění podpor Odstranění podpor byl první krok, který byl proveden po vyjmutí modelu z pracovní komory tiskárny. Odstranění bylo provedeno první mechanicky, prostým odlomením, coţ proběhlo, aţ na některé části, bez větších problémů.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 27 Mechanicky se ovšem nepodařilo podpory dokonale odstranit, proto došlo k rozpuštění zbytku materiálu podpory v tekuté lázni. Obr. 2.4 Model s podporou na podloţce 3D tiskárny po vytisknutí 2.4.2 Broušení Vzhledem k tomu, ţe výška vrstvy při pouţití tiskárny uprint byla 0,254mm vznikla schodečková struktura, která byla potřeba odstranit. Toto odstranění proběhlo mechanicky. Nejprve se pouţil rychleschnoucí nátěrový tmel ve formě spreje, který slouţí k zarovnání malých nerovností. Nejprve bylo třeba tmel protřepat a poté nanášet ze vzdálenosti 25-35 cm od modelu. Takovým způsobem byly naneseny tři vrstvy tohoto tmelu a po zaschnutí, které probíhalo 24 hodin se model vybrousil na suchu pomocí smirkového papíru o hustotě 150 zrn/cm 2. Takto proběhlo odstranění hrubé struktury a byly naneseny další dvě vrstvy tmelu. Následné broušení jiţ probíhalo pod vodou nejprve smirkovým papírem o hustotě 400 zrn/cm 2 a následně na čisto

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 28 smirkovým papírem o hustotě 600 zrn/cm 2. Takto upravený model má jiţ dostatečně dobrou drsnost povrchu. Obr. 2.4 Tmelení a následné broušení

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 29 3 VÝROBA VOSKOVÉHO MODELU 3.1 Výroba silikonové formy Silikonových forem se vyuţívá především pro výrobu několika kusů odlitků. Její ţivotnost závisí na druhu pouţitého silikonu a na druhu odlévaného materiálu. S rostoucím počtem odlitých kusů roste opotřebení formy, a přesnost rozměrů. [18] 3.1.1 Prostředky nutné ke zhotovení formy Master model: Model byl nejprve vytisknut na RP tiskárně a následně povrchově upraven. Popis tvorby modelu viz. kapitola DOPLNIT Modelovací hmota: Pro tvorbu formy bylo nutné zajistit, aby silikon nezatekl tam, kde nebylo vhodné. K tomu byla vyuţita modelína pro děti. Skleněné desky: Pro vymezení vnějšího tvaru formy se bylo pouţito pět skleněných desek. Tavná pistole: Ke spojování skleněných desek bylo pouţito tavné pistole s válcovými náplněmi z termoplastu, který rychle tuhne. Silikonový elastomer: Pro tvorbu silikonové směsi byl pouţit silikon SILASTIC T- 4 a tvrdidlo T-4. Ve Tvrdidle jsou obsaţeny oleje, díky nimţ nedochází k přilnutí vosku k povrchu formy. Obr. 3.1-1 Pouţitý silikonový elestomer Silastic T-4 a tvrdidlo T-4 Váhy: Slouţí pro naváţení potřebného mnoţství silikonu a tvrdidla. Byly pouţity digitální váhy Shinko Denshi Vibra SJ.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 30 Obr. 3.1-2 Váhy Shinko Denshi Vibra SJ pro naváţení silikonové směsi Vakuová licí komora: Vakuování proběhlo ve vakuovém licím systému MK Mini od společnosti MK Technology GmbH. Systém je opatřen licím kelímkem s ohřevem. Tato komora slouţí k vyvakuování silikonového elastomeru a voskové směsi. Separační prostředek: Je vyráběn výrobcem silikonu a slouţí ke snadnějšímu oddělení horního a spodního dílu. Kovové spony: Byly pouţity z důvodu zpevnění formy v dělící rovině. 3.1.2 Postup výroby Vybroušený model se pouţije pro tvorbu silikonové formy. Nejprve byl vytvořen pomocí skleněných desek vnější tvar formy. Tyto desky se uspořádaly do tvaru kvádru s pomocí tavné pistole. Vzhledem ke tvaru modelu kliky bylo rozhodnuto, ţe forma bude dvoudílná a dělící rovina formy bude dle obr. 3.1-1.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 31 Obr. 3.1-3 Přibliţné znázornění dělící roviny Následně se pomocí modelovací hmoty připravil tvar prvního dílu formy pro odlití. Modelovací hmota byla nejprve zahřáta v peci cca na teplotu 30 C, aby změkla, coţ usnadňuje její formování. Nejprve se na skleněnou podloţku nanesla přibliţně centimetrová vrstva modelovací hmoty. Obr. 3.1-4 Vnější tvar formy Do modelovací hmoty byl model zatlačen tak, aby modelovací hmota co nejlépe přilnula k povrchu modelu. Následně se pomocí modelovací hmoty vytvořila dělící rovina dle obrázku 3.1-3 a utěsnila se místa, která neměla být zaplavena silikonem. Další úpravou dělící roviny bylo vytvoření zářezů v dělící rovině. Tyto zářezy slouţí k lepší orientaci spodního dílu formy při jejím sestavování Poté se z modelovací hmoty vytvořily válečky, které se umístily na model a tím se vytvořil vtokový kanálek a dva výfukové.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 32 Obr. 3.1-5 Zaformování modelu s vtokovým a výfukovými kanálky Po sestavení rámu následovala příprava silikonové směsi. Po změření rozměrů rámu se přibliţně určil objem vrchního dílu formy. Z něho se potom vycházelo při váţení základní sloţky silikonu a tvrdidla. Tato směs je v poměru 10:1, a to 10 hmotnostních dílů silikonu a jeden hmotnostní díl tvrdidla. Po dostatečném promíchání následoval proces vakuování. Ten spočíval ve vloţení nádob se směsí do vakuové komory. Po důkladném uzavření se odsál vzduch a vzniklo vakuum, coţ se projevovalo zvětšováním objemu a k jeho smršťování vlivem odplynění. Tím byla směs zbavena všech bublin, coţ by způsobovalo zhoršení vnitřní struktury a případná dutá místa v podobě bublin. Obr. 3.1-6 Proces vakuování silikonové směsi

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 33 Proces vakuování trval 20minut. Ihned po vakuování se model zalil. Dále následovalo vytvrzení na vzduchu při pokojové teplotě 24hodin. Obr. 3.1-7 Odlitá vrchní část formy Po vytvrzení bylo nejprve třeba rozebrat skleněný rám, formu otočit a z dělící rovinu ostrým noţem odstranit zbytky modelovací hmoty a nepřesnosti, které byly způsobeny nerovně vyrobeným povrchem z modelovací hmoty. Dále byly do dělící roviny přidány vodící kolíky, které měly za úkol mimo dodrţení přesného dosednutí protikusu formy také zpevnění formy. Obr. 3.1-8 Vrchní část s vodícími kolíky a znázorněnými dírami k předlévání Dalším krokem bylo předlití třech děr (znázorněny v obrázku 3.1-8 červeně) vhledem k jejich zápornému zkosení, které by bránilo rozebrání formy a vyjmutí master modelu. Předlití těchto děr probíhalo stejným způsobem, jako lití vrchního dílu formy popsaného výše.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 34 Po 24 hodinách se forma rozebrala, důkladně se očistil master model od zbytků silikonu, a opět sloţila. Takto nachystaná vrchní polovina formy byla opět ohraničena skleněnými deskami. Proto, aby se spodní díl formy po ztuhnutí snadněji odděloval od spodního, byl pouţit separační prostředek dodávaný výrobcem silikonu. Obr. 3.1-9 Nanášení separátoru na vrchní polovinu formy s předlitými dírami Na takto připravenou vrchní část formy se jiţ jen nalila připravená silikonová směs stejně jako při zhotovování vrchní části a předlévání děr. Po rozebrání skleněného rámu a vyjmutí kompletní silikonové formy byla forma připravena k odlévání voskového modelu. Obr. 3.1-10 Hotová silikonová forma

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 35 3.2 Výroba voskového modelu Výroba voskového modelu spočívá v roztavení vosku do dutiny nachystané silikonové formy. Při odlévání voskového modelu kliky byl pouţit vosk s označení Core wax od firmy Bleyson, který je vyroben speciálně pro výrobu forem pomocí vytavitelného modelu. Tento vosk byl ve vakuové licí komoře rozpuštěn při teplotě 97 C a důkladně promíchán. Mimo vosku bylo třeba zahřát také rozebranou silikonovou formu na teplotu 80 C. Obr. 3.2-1 Zahřívání formy Zahřátí formy na tuto teplotu je aplikováno z toho důvodu, aby roztavený vosk neztuhl hned při prvním kontaktu s formou. Pokud by se tak stalo, mohlo dojít k zatuhnutí vosku jiţ ve vtokové soustavě a vosk by nezatekl do míst, kde je to ţádoucí, coţ by vedlo k vyrobení zmetkového kusu. Po zahřátí formy na poţadovanou teplotu bylo potřeba všechny kusy formy sloţit a zajistit proti posunutí vodícími kolíky a nastřelovacími sponami

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 36 Obr. 3.2-2 Forma připravená k odlévání voskového modelu Kdyţ je forma sloţená a zahřátá na poţadovanou teplotu a vosk je v tekutém stavu důkladně promíchán, nasadí se na vtokový kanál vtokový trychtýř a je moţné přistoupit k samotnému odlévání. Takto nachystaná forma se vloţila do vakuové komory. Pro lepší zatékání vosku do formy byl zvolen náklon přibliţně 15. Následně se zapnulo odsávání vzduchu, aby vznikl podtlak -0.6 bar. Tím bylo dosaţeno vysání vzduchu z formy a mohl být nalit roztavený vosk. Obr. 3.2-3 Nalévání vosku ve vakuové komoře

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 37 Vosk při běţných podmínkách tuhne 24 hodin. Pokud je poţadováno zkrácení doby čekání, je moţné vloţit formu s voskem do ledničky. Potom se tento čas zkrátí přibliţně na 2 hodiny. Po uplynutí této doby se forma opět rozebere a vyjme se voskový model. Z něj následně ve slévárně pomocí metody vytavitelného modelu udělají koncový kovový model. Tab.2.3 Parametry vakuovacího licího systému MK Mini (20) rozměry zařízení 640 x 600 x 1000 mm rozměry pracovního prostoru 450 x 470 x 700 mm hmotnost 250 kg výkon 0,9 kw napájení 230 V/50 Hz objem licího kelímku 1,2 l teplota ohřevu licího kelímku max. 150 C Obr. 3.2-4 Konečný voskový model

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 38 4 SROVNÁNÍ SE STANDARDNÍ TECHNOLOGIÍ VÝROBY DÍLU Výroba voskových modelů pro technologii lití pomocí vytavitelného modelu se provádí, mimo výše popsanou metodou silikonové formy, vstřikováním vosku do formy, coţ je hlavní metoda výroby voskových modelů. Výroba se provádí na speciálních vstřikovacích lisech, které vstřikují roztavený vosk pod tlakem do formy. Teplota vosku při vstřikování je v rozmezí 55 90 C. Po ztuhnutí je model vyjmut z formy. Vstřikovací lisy jsou klasifikovány dle stavu vosku, který je stroj schopný vstřikovat. Existují tři základní typy strojů pracující s voskem: tekutým, kašovitým a pevným. Vstřikovací stroj pracující s tekutým voskem obsahuje ohřívaný zásobník vosku, v němţ je vosk promícháván. Vosk je dále přepravován ze zásobníku do vstřikovacího válce pomocí tlaku vytvořeného hydraulickým nebo pneumatickým válcem. Kdyţ je vstřikovací válec plný, dojde k uzavření ventilů na vstřikovací jednotce a tím k oddělení vstřikovací jednotky od zásobníku, stroj je pak připraven k vstřikování. Forma je vloţena a upnuta do stroje. Po dosaţení potřebného tlaku ke spojení formy stlačí vstřikovací válec dle předem nastaveného tlaku vosk do vstřikovací jednotky. Vstřikovací trysky se přesunou dopředu a spojí s formou, poté se otevře vnitřní ventil trysky, kterým bude roztavený vosk proudit do formy. Stroj po vstřiknutí vosku dále působí tlakem dle předem určené doby výdrţe, vosk ztuhne a zchladne aţ do stavu, v kterém můţe být vyjmut z formy. Na konci cyklu vstřikovací jednotka sníţí tlak, otevře se forma a vyjme se model. Tento vstřikovací stroj je nejvíce pouţívaný v dnešních slévárnách přesného lití na vytavitelný model. [21] Obr. 4 Vstřikovací lis pro voskové modely (22)

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 39 4.1 Omezení Hlavním omezením technologie vakuového lití do silikonové formy spočívá v omezení série výrobků, která se ekonomicky vyplatí. Výroba prototypového dílu vakuovým litím se vyplatí jen u malých sérií výrobků. Pro větší série se vyuţívá vstřikovacího stroje pracujícího s tekutým voskem. Jeho výhoda je v čerpání vosku přes potrubí centrálního zásobovacího systému do stroje, coţ má za následek snadné udrţení stavu vosku ve stroji a minimální podíl lidských zásahů. [21] 4.2 Přednosti Vakuové lití patří mezi technologie Rapid Prototypingu, která umoţňuje rychle získat funkční prototyp a tím urychlit proces vývoje nového výrobku. Vhodné vyuţití této technologie je např. v malosériové výrobě náhradních dílů, pro které jiţ nejsou dostupná původní výrobní zařízení. Přednosti technologie vakuového lití Moţnost odlévání tvarově sloţitých dílů, tenkostěnných dílů nebo dílů s negativními úkosy. Schopnost věrně kopírovat povrch master modelu Příznivé náklady na výrobu ve srovnání se vstřikováním voskových směsí není nutné vyrábět kovové formy. Velmi rychlá výroba v řádu dnů. Přesná výroba srovnatelná s přesností dílů vyrobených metodou vstřikování voskových směsí. Široké moţnosti finální povrchové úpravy dílů. Prototypový díl je velmi rychle k dispozici Moţnost odhalení chyb v konstrukci [23]

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 40 ZÁVĚR V této práci byla řešena problematika výroby prototypového dílu kliky jízdního kola. Klika na jízdním kole slouţí k převodu lidské síly na zuby převodníku, který pomocí řetězu pohání pastorek na zadním kole, čímţ dochází k pohonu jízdního kola. Při konstrukci prototypového dílu kliky se vycházelo ze standardizované vzdálenosti, kterou je vzdálenost osy díry pro pedál a osy díry, do které patří středová osa. Tato středová osa je pevně zasazena do středové díry rámu jízdního kola. Spojení těchto dvou vzdáleností se u všech běţně dostupných klik dosahuje přímým tvarem a díky tomu vypadají všechny tyto komponenty na trhu v zásadě stejně. Cílem této práce bylo tedy vyrobit prototyp kliky, která by byla naprosto funkční, ale tvarově se odlišovala, coţ by pro konečného zákazníka mohlo být zajímavé. Tvar kliky byl nejdříve navrhnut v 3D modelovacím software Autodesk Inventor Professional 2011. Tato data byla poté vyuţita pro výrobu prototypového dílu na 3D tiskárně FDM metodou Rapid Prototypingu. Tuto metodu jsem si vybral na základě rešerše, která zaujímá první část práce. Master model byl pouţit pro výrobu silikonové formy, která sloţila k výrobě voskového modelu. Voskový model byl nakonec odeslán do slévárny, kde byl zhotoven kovový model technologií odlévání pomocí vytavitelného modelu. Cíl práce, tedy vyrobit prototypový díl, byl splněn. Dále by mohla následovat numerická predikce vlastností, odzkoušení mechanických vlastností na fyzickém prototypu, optimalizace tvaru a poté případná sériová výroba dílu. Tyto další kroky ale překračují rámec bakalářské práce, proto se jimi nebylo zabýváno.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 41 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 1. CHUA, C.K., LEONG, K.F., LIM, C.S. Rapid Prototyping: Principles and applications, 2. Vyd. London: World Scientific Publishing, 2003. 448 s. ISBN 981-238-117-1[cit. 2011-04-18] 2. PÍŠA, Z. Výukový modul Rapid Prototyping. [online]. VUT v Brně, Fakulta strojního inţenýrství. [cit. 2011-04-18]. Dostupný z WWW: <http://esf.fme.vutbr.cz/aktivity/akt-05/mod-07/rpt.pdf>. 3. Aplikace technologie Rapid Prototyping [online]. 2001 [cit. 2011-04-18]. Dostupný z WWW: <http://www.mmspektrum.com/clanek/aplikacetechnologiirapid-prototyping>.issn 1212-2572 4. Custompart.net [online]. 2009 [cit. 2011-04-18]. Stereolithography. Dostupný z WWW: <http://www.custompartnet.com/wu/stereolithography>. 5. Fused depocition modeling [online]. 2205, 07-02-2208 [cit. 2011-04-18]. Dostupný z WWW: <http://home.att.net/~castleisland/fdm_int.htm> 6. NAVRÁTIL, R. Reverse Engineering v praxi. [online]. C2000, [cit.2011-04- 18]. Dostupný z WWW: <http://robo.hyperlink.cz/rapid>. 7. Custompart.net [online]. 2009 [cit. 2011-04-18]. Fused Deposition Modeling (FDM). Dostupný z WWW: <http://www.custompartnet.com/wu/fused-deposition-modeling>. 8. Technologie Rapid Prototypingu [online]. 2001 [cit. 2011-04-19]. Dostupný z WWW: <http://mmspektrum.com/clanek/technologie-rapid-prototypingu>. ISSN 1212-2572. 9. Custompart.net [online]. 2009 [cit. 2011-04-19]. Selective Laser Sintering. Dostupný z WWW: <http://www.custompartnet.com/wu/selective-lasersintering>. 10. Design engineer life [online]. 2009-2010 [cit. 2011-04-19]. Rapid Prototype Technologies. Dostupné z WWW: <http://www.designengineerlife.com/wpcontent/uploads/2010/06/rp-multijetmodeling.jpg>. 11. Nekonvenční metody obrábění [online]. 2001 [cit 2011-04-19]. Dostupný z WWW: < http://www.mmspektrum.com/clanek/nekonvencni-metodyobrabeni-10-dil>. ISSN 1212-257. 12. Custompart.net [online]. 2009 [cit. 2011-04-19]. Laminated Object Manufacturing (LOM). Dostupný z WWW: <http://www.custompartnet.com/wu/laminated-object-manufacturing>.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 42 13. Custompart.net [online]. 2009 [cit. 2011-05-13]. 3D Printing. Dostupný z WWW: <http://www.custompartnet.com/wu/3d-printing>. 14. Podklad č.11 do cvičení Technologie obrábění. [online]. [cit. 2011-05-13]. VUT v Brně, Fakulta strojního inţenýrství, Ústav Strojírenské technologie - Odbor technologie obrábění. [cit. 2011-05-13]. url: <http://ust.fme.vutbr.cz/obrabeni/?page=podklady>. 15. MM Průmyslové spektrum [online]. 2008 [cit. 2011-05-13]. Nekonvenční metody obrábění 10. díl. Dostupné z WWW: <http://www.mmspektrum.com/clanek/nekonvencni-metody-obrabeni-10- dil>. 16. MATERIALISE, Materials for prototype manufacturing. [online]. [cit. 2011-05-13]. URL: <http://www.materialise.be/materialise/view/en/91947- Materials.html#ppt_1467-614>. 17. STL CAD fines for Rapid Prototyping. [online]. 2009 [cit. 2011-05-13]. Dostupný z WWW: <http://www.engineersedge.com/stl_rapid_proto.htm 6> 18. DRÁPELA, Miloslav. Modul Rapid Prototyping [online]. [ cit. 2011-05-13] URL:<http://www.vu.vutbr.cz/digidesign/Moduly/Rapid%20Prototyping%20 -%20Ing.%20Milosvav%20Dr%C3%A1pela.pdf>. 19. B3-D Mcad Consulting/Sales LLC 3D Digitizing. Dimension [online]. 2009 [cit. 2011-05-14]. B3-D Mcad Consulting/Sales LLC 3D Digitizing, Reverse Engineering and Portable Inspection California. Dostupné z WWW: <http://www.b3-d.com/products/dimension/dimension.htm>. 20. MCAE Systems [online]. 2011 [cit. 2011-05-25]. MK Mini. Dostupné z WWW: <http://www.mcae.cz/mk-mini>. 21. HERMAN, Aleš. Lití na vytavitelný model [online]. [cit. 2011-05-25].[cit. 2010-03-29]. <http://u12133.fsid.cvut.cz/podklady/mpl/presne%20liti- %20na%20vytavitelny%20model.pdf>. 22. KDYNIUM a.s. [online]. 2002 [cit. 2011-05-25]. Lisování voskových modelů. Dostupné z WWW: http://www.kdynium.cz/cesky.asp?pid=p2d2>. 23. MCAE Systems [online]. 2011 [cit. 2011-05-25]. Vakuové lití. Dostupné z WWW: <http://www.mcae.cz/vakuove-liti>.

FSI VUT BAKALÁŘSKÁ PRÁCE List 43 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ Zkratka/Symbol Popis RP - Rapid Prototyping 2D - Two-Dimensional 3D - Three-Dimensional SLA - Stereolitography FDM - Fused Deposition Modelling SLS - Selective Laser Sintering MJM - Multi Jet Modelling LOM - Laminated Object Manufacturing 3DP - Three-Dimensional Printing SGC - Solid Ground Curing BPM - Ballistic Particle Manufacturing CAD - Computer Aided Design CAM - Communication Access Method ABS - Acrylonitrille Butadiene Styrene STL - Formát souboru pro RP MTB - Mountain Bike